E 1 Charakteristik von Widerständen

E 1 Charakteristik von Widerständen
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Aufgabenstellung
1.1 Die Strom-Spannungs-Charakteristiken dreier Widerstände sind aufzunehmen und graphisch darzustellen.
1.2 Aus den Strom-Spannungs-Charakteristiken sind die Widerstandswerte in Abhängigkeit von der Stromstärke zu ermitteln und graphisch darzustellen.
1.3 Die Widerstände dreier unterschiedlicher Materialien bzw. Widerstandstypen (z. B. NTC-, PTC-Widerstand
u. a.) sind in Abhängigkeit von der Temperatur (Bereich ≈ 10 ... 90°C) zu messen und graphisch darzustellen. Der Widerstandstyp ist zu identifizieren, die Temperaturkoeffizienten ß des Widerstands bei Raumtemperatur und bei 80°C sind zu ermitteln.
1.4 Für die NTC-Widerstände (Heißleiter) ist die funktionale Abhängigkeit lnR = ƒ(1/T) graphisch darzustellen,
die Aktivierungsenergie EA ist durch lineare Regression zu bestimmen.
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Literatur
2.1 Ilberg, W.,
Krötzsch, M.,
Geschke, D.
Physikalisches Praktikum
B. G. Teubner Verlagsgesellschaft Stuttgart, Leipzig
10. Auflage 1994, S. 138 - 145
2.2 Walcher, W.
Praktikum der Physik
B. G. Teubner Stuttgart
7. Auflage 1994, S. 222 - 224, 240 - 242
2.3 Stroppe, H.
Physik
Fachbuchverlag Leipzig, Köln
10. Auflage 1994, S. 226 - 228, 231 - 233, 460 – 467
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Hinweise zum Versuch
3.1 Vor dem Anlegen einer Spannung sind die Kaltwiderstände mit Hilfe des Ohm-Messbereichs eines Digitalmultimeters zu messen.
Zur Aufnahme der Strom-Spannungs-Charakteristik der Widerstände ist diesen ein Vorwiderstand zur
Strombegrenzung vorzuschalten, der sich gemeinsam mit den zu vermessenden Widerständen auf einer
Steckplatte befindet. Die Schaltung ist zu entwerfen. Haben Sie strom- oder spannungsrichtige Schaltung
gewählt? Begründen Sie Ihre Wahl.
3.2 Der Widerstand kann wahlweise aus Strom und Spannung oder als differentieller Widerstand aus dem Anstieg der I-U-Charakteristik bzw. aus dem Differenzenquotienten benachbarter Messwertepaare bestimmt
werden.
3.3 Zur Messung des temperaturabhängigen Widerstands wird der Ohm-Messbereich eines Digitalmultimeters
benutzt, das an das zu untersuchende Bauelement direkt angeschlossen wird.
Zur Temperierung dient ein Peltier-Element. Zwecks Kühlung der Bauelemente ist dessen rote Speisebuchse an den Pluspol des Netzgeräts anzuschließen, zwecks Erwärmung ist umzupolen. Die Stromstärken sollten im Bereich zwischen 1 A und 2 A liegen und werden mit einem Digitalmultimeter kontrolliert.
Ein Maximalstrom von 2 A darf nicht überschritten werden.
Bei der Kühlung der Bauelemente ist auf gute konvektive Wärmeabfuhr vom Aluminium-Kühlkörper zu
achten. Er ist durch Drehung des Versuchsaufbaus nach oben zu kehren, seine Temperatur darf 60°C keinesfalls übersteigen. Erforderlichenfalls kann der Kühlkörper mit seinem unteren Teil in eine flache Wanne mit
kaltem Leitungswasser gestellt werden. Nach der Entnahme ist er sorgfältig abzutrocknen.
Überstreichen die Widerstandswerte mehrere Größenordnungen, kann eine halblogarithmische Darstellung
lnR = ƒ(T) gewählt werden. Halblogarithmisches Spezialpapier kann unter Angabe der erforderlichen Anzahl von Dekaden vom Praktikumsleiter abgefordert werden.
3.4 Für die halblogarithmische Darstellung der funktionalen Abhängigkeit lnR = ƒ(1/T) der NTC-Widerstände
kann wieder Spezialpapier verwendet werden. T ist hier die Temperatur in Kelvin, die Aktivierungsenergie
EA ist durch lineare Regression zu bestimmen. Zwischen EA und der in Literatur 2.2. eingeführten Größe T∗
besteht die Beziehung EA = k⋅T∗ (k - Boltzmann-Konstante).
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Zugeordnete Themenkomplexe
Widerstände: Schaltung, Typen, Kennlinien, Temperaturabhängigkeit
Elektrische Leitungsvorgänge in Festkörpern; Leiter, Halbleiter, Isolatoren, Bändermodell des Festkörpers
Elektrische Messinstrumente: Aufbau, Arbeitsprinzip, Schaltung im Messkreis, Messbereichserweiterung
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